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atk:沉积超薄氧化层调控银表面功函数

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atk:沉积超薄氧化层调控银表面功函数 [2019/03/26 21:28] – [添加鬼原子] xie.congweiatk:沉积超薄氧化层调控银表面功函数 [2019/03/26 22:19] (当前版本) – [参考] xie.congwei
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   * 最后，将构型发送到 **Script Generator** {{:atk:script_generator.png?direct&25|}}。   * 最后，将构型发送到 **Script Generator** {{:atk:script_generator.png?direct&25|}}。
 ==== ATK-DFT 计算 ==== ==== ATK-DFT 计算 ====
 +
 +当表面之上晶胞边界的有效势为零时，功函数就被认为是化学势。Dirichlet 边界条件 （BC） 则用于强制执行这点。您还将计算有效势，以便直观地检验。按照以下所列方法设置所需的 DFT 计算：
 +
 +  * 变更默认输出文件名称为 ''MgO3LAg.nc''，并添加四个模块到脚本： {{:atk:calculator.png?direct&25|}} New Calculator, {{:atk:optimization.png?direct&25|}} OptimizeGeometry, {{:atk:analysis.png?direct&25|}} ChemicalPotential, and {{:atk:analysis.png?direct&25|}} EffectivePotential。
 +
 +{{ :atk:script3-20190326.png?800 |}}
 +
 +  * 打开 {{:atk:calculator.png?direct&25|}} New Calculator 模块，设置以下参数：
 +       * //k-point Sampling//：11x11x1;
 +       * //Iteration Control//：Tolerance = 10-5 Hartree;
 +       * //Exchange Correlation//：GGA.PW91;
 +       * //Basis set//：为 O 和Mg 选择DoubleZetaPolarized，Ag 为 SingleZetaPolarized。
 +       * //Poisson solver//:
 +           * 选择 FFT2D solver,
 +           * 在左 C 面选择 Neumann 边界条件,
 +           * 在右 C 面选择 Dirichlet 边界条件。
 +
 +
 +{{ :atk:exchange_correlation-20190326.png?800 |}}
 +
 +
 +{{ :atk:boundary_conditions-20190326.png?800 |}}
 +
 +
 +  * 下一步，打开 {{:atk:optimization.png?direct&25|}} OptimizeGeometry 模块并编辑。特别地，要确保在优化过程中约束 Ag(100) 平板底部和鬼原子：
 +      * 将 Force tolerance 降低到 0.01 eV/Å。
 +      * 点击 //Save trajectory//，输入 ''MgO3LAg.nc'' 作为文件名。
 +      * 单击 **Add Constraints**，选择底部的两个 Ag 原子和两个鬼原子。然后点击// Add tag from selection// ，为选中的原子 (Selection 0) 选择一个 //Fixed// 的限制。
 +
 +{{ :atk:optimize1-20190326.png?450 |}}
 +
 +{{ :atk:constraints-20190326.png?800 |}}
 +
 +保存脚本为 ''MgO3LAg.py''，并用 **Job Manager** {{:atk:job_manager.png?direct&25|}} 执行。如有需要，您也可以在此处 [[https://docs.quantumwise.com/_downloads/MgO3LAg.py|↓ MgO3LAg.py]] 下载最终的脚本。如果是在一个现代的笔记本电脑上连续执行计算，应该仅需要 5 分钟就可以完成。如果是用 4 个 MPI 进程并行执行，则可减少到 2.5 分钟。
 +
 +
 +
  
  
 ===== 分析结果 ===== ===== 分析结果 =====
  
 +OptimizeGeometry，ChemicalPotential 和 EffectivePotential 数据块现在应该已出现在 QuantumATK 的 **LabFloor** 上。
  
  
 +{{ :atk:labfloor4-20190326.png?550 |}}
 +
 +尝试选择 OptimizeGeometry 数据块，并通过单击 LabFloor 右侧的 **Viewer** 插件可视化弛豫轨迹。单击 {{:atk:arrow.png?direct&5|}} 按钮启动视频。确认受约束的 Ag 和鬼原子在弛豫期间确实是固定的。
 ==== 功函数 ==== ==== 功函数 ====
 +
 +
 +选择 ChemicalPotential 数据块，然后单击 **Show Text Representation** 插件以读取出计算得到的化学势为 -2.99 eV。
 +
 +因此，这种 3 层 MgO 在 Ag(100) 上的功函数为 2.99 eV，这与 Prada 等人在文献中报道的计算值 2.96 eV 非常一致<color #00a2e8>[PMP08]</color>。
 +
 +您还可以按照上述步骤构建 2L-MgO/Ag(100)，1L-MgO/Ag(100) 和 Ag(100) 系统。另一种方法是使用弛豫过的 3L-MgO/Ag(100) 构型作为其他系统的起点。这将减少弛豫这些系统所需的 BFGS 步数，从而节省计算时间。
 +
 +例如，创建 2L-MgO/Ag 系统，计算功函数：
 +
 +  * 在 LabFloor 上找到弛豫后的 3L-MgO/Ag(100)。它的标识 ID 为 //glD002//。
 +  * 将它转移到 Builder {{:atk:builder.png?direct&25|}}，重命名为'' MgO2LAg''。
 +  * 删除两个 O 和 Mg 鬼原子，将新的表面 O 和 Mg 原子转换为鬼原子。
 +  * 如上所述，交换 Mg 和 O 鬼原子。
 +  * 将构型发送到 **Scripter** {{:atk:script_generator.png?direct&25|}}，按照上文的描述设置计算。
 +
 +{{ :atk:mgo2lag-20190326.png?600 |}}
 +
 +
 +//表 4 计算得到的 PW91 功函数（eV）。对应的功函数差异为 wrt 是为了清除括号中的 Ag(100)。//
 +|            | QuantumATK    | Pada //et al.//<color #00a2e8> [PMP08]</color>  |
 +| Ag(100)    | 4.22          | 4.23                                            |
 +| 1L-MgO/Ag  | 3.31 (-0.91)  | 3.29 (-0.94)                                    |
 +| 2L-MgO/Ag  | 2.97 (-1.25)  | 2.95 (-1.28)                                    |
 +| 3L-MgO/Ag  | 2.99 (-1.23)  | 2.96 (-1.27)                                    |
 +
 +
 +可以在此处下载计算表中所有标记为 QuantumATK 的功函数所需要的脚本：[[https://docs.quantumwise.com/_downloads/Ag100.py|↓ Ag100.py]]，[[https://docs.quantumwise.com/_downloads/MgO1LAg.py|↓ MgO1LAg.py]]，[[https://docs.quantumwise.com/_downloads/MgO2LAg.py|↓ MgO2LAg.py]]，[[https://docs.quantumwise.com/_downloads/MgO3LAg.py|↓ MgO3LAg.py]]。
 +
 +
 +<WRAP center tip 100%>
 +=== 提示 ===
 +上表显示了 QuantumATK 与文献 （VASP） 中功函数计算之间具有良好的一致性。但是，如果计算设置发生变化，结果可能会改变。例如，SZP 基组是用于 Ag 原子的—— DZP 基组可能会给出略微不同的结果。所使用的赝势的类型也可能影响结果，并且在某些情况下可能需要更多的鬼原子。
 +</WRAP>
 +
 +
 +
  
  
行 134: 行 212:
 ==== 有效势 ==== ==== 有效势 ====
  
 +您已使用一组特定的边界条件进行功函数的计算——左 C 面上的 Neumann 和右 C 面上的 Dirichlet。您现在可以使用 **1D Projector** 插件显示计算中的平均有效势：
  
 +  * 选择 LabFloor 上的 EffectivePotential 数据块，然后点击 1D Projector 插件。
 +  * 选择使用 Average 投影类型沿 C 轴投影，然后单击 **Add line** 绘制投影：
 +
 +{{ :atk:effective_potential-20190326.png?850 |}}
 +
 +Ag(100) 和 MgO(100) 区域的有效势明显不同。此外，两个不同 BC 的影响从超胞两端的势值和斜率就可以非常清楚地看出：
 +
 +  * 左 C 面上的 Neumann BC 在边界上施加了有效势的零斜率，但不限制边界上的势的实际值。
 +  * 相反，右 C 面上的 Dirichlet BC 迫使边界上的有效势为零，并且在真空区域中斜率恰好为零。
 ===== 1D 投影插件 ===== ===== 1D 投影插件 =====
  
 +1D 投影可用于将各种 3D 网格数据投影到 1D 表示。这非常有助于实现可视化的目的，适用于 QuantumATK 网格对象（参见方框）的较广范围。
  
 +常用的 QuantumATK 网格对象：
 +BlochState，EffectivePotential，Eigenstate，ElectronDensity, ElectronDifferenceDensity，ElectrostaticDifferencePotential，ExchangeCorrelationPotential，ExternalPotential，LocalDeviceDensityOfStates，TransmissionEigenstate，ElectronLocalizationFunction。
 +
 +
 +插件小程序中提供了几个选项：
 +
 +**Grid**
 +
 +您可以打开投影工具，在 LabFloor 上选择多个对象，将它们彼此相邻绘制。在这里，您可以选择要绘制哪一个。
 +
 +**Axis**
 +
 +选择您想要要投影 3D 数据网格的方向。
 +
 +**Projection type**
 +
 +对垂直于所选方向的平面中的所有数据求和或求平均值。您还可以沿着穿过特定投影点的直线绘制单个值。
 +
 +**Projection point**
 +
 +在分数坐标中指定选择投影类型为 Through point 时使用的投影点。
 +
 +**Spin projection**
 +
 +在自旋极化计算的情况下，共线或非共线，您可以选择特定的旋转投影。
 +
 +**Add line**
 +
 +上述选项指定后，单击此按钮可在窗口右侧绘制投影。您可以在同一个图中添加更多投影。
 +
 +**Remove line**
 +
 +在 Projection Plot 窗口中选择一行，然后单击以从图中删除这条线。
 +
 +**Clear plot**
 +
 +从绘图中删除所有线条。
 +
 +**Line Info**
 +
 +显示了与当前所选绘图线/点相关的一些有用信息。请注意，该图是交互式的。单击绘图的任意点可以输出相应的信息。
 +
 +**Projection Plot**
 +
 +右键单击可缩放，自定义或将数据导出到文件。
 ===== 参考 ===== ===== 参考 =====
  
  
 +  * [BTI04] G. Butti, M. I. Trioni, and H. Ishida. Electronic properties calculation of mgo thin films adsorbed on semi-infinite ag(001). Phys. Rev. B, 70:195425, Nov 2004. [[http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.70.195425|doi:10.1103/PhysRevB.70.195425]].
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 +  * [GCP06] Livia Giordano, Fabrizio Cinquini, and Gianfranco Pacchioni. Tuning the surface metal work function by deposition of ultrathin oxide films: Density functional calculations. Phys. Rev. B, 73:045414, Jan 2006. [[http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.73.045414|doi:10.1103/PhysRevB.73.045414]].
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 +  * [PBP+07] Hans-Christoph Ploigt, Christophe Brun, Marina Pivetta, Fran\ifmmode \mbox ç\else ç\fi ois Patthey, and Wolf-Dieter Schneider. Local work function changes determined by field emission resonances: Nacl∕ag(100). Phys. Rev. B, 76:195404, Nov 2007. [[http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.76.195404|doi:10.1103/PhysRevB.76.195404]].
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 +  * [PMP08] (1, 2, 3, 4) Stefano Prada, Umberto Martinez, and Gianfranco Pacchioni. Work function changes induced by deposition of ultrathin dielectric films on metals: A theoretical analysis. Phys. Rev. B, 78:235423, Dec 2008. [[http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.78.235423|doi:10.1103/PhysRevB.78.235423]].
 +
 +  * 英文原文：[[https://docs.quantumwise.com/tutorials/work_function_tuning/work_function_tuning.html|https://docs.quantumwise.com/tutorials/work_function_tuning/work_function_tuning.html]]
  
  
  
  
atk/沉积超薄氧化层调控银表面功函数.1553606906.txt.gz · 最后更改: 2019/03/26 21:28 由 xie.congwei

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